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GUIA 2. PRIMERA PARTE: PRINCIPIOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS
LABORATORIO DE QUÍMICA DE FLEXIBILIDAD PARA PRESENCIALIDAD
Universidad de Nariño
1. Objetivos Identificar y aplicar las técnicas de separación de mezclas filtración y evaporación. Adquirir habilidad en el manejo del material y equipo empleado en las diferentes técnicas de separación de mezclas. Determinar la composición de una mezcla utilizando procesos de separación. 2. Introducción
La materia suele clasificarse para su estudio en sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras se caracterizan porque tienen composición fija, no pueden separarse por métodos físicos en otras sustancias más simples y durante un cambio de estado la temperatura se mantiene constante. Una mezcla es una combinación física de dos o más sustancias puras, la mezcla tiene composición variable y sus componentes pueden separarse por métodos físicos, además la temperatura es variable durante el cambio de estado.
Las mezclas se clasifican en heterogéneas cuando constan de dos o más fases y sus componentes pueden identificarse a simple vista o con ayuda de un microscopio. Por ejemplo, un pedazo de granito es una mezcla de pequeños granos de diferentes compuestos como cuarzo, mica y feldespato. Las mezclas homogéneas, usualmente llamadas soluciones, constan de una sola fase (región en la que todas las propiedades químicas y físicas son idénticas). Los componentes de una solución están tan íntimamente mezclados que son indistinguibles, tal es el caso de la solución que se forma entre agua y NaCl.
En el laboratorio generalmente se requiere separar los componentes de una mezcla, bien sea para determinar su composición o para purificar los componentes y usarlas en reacciones posteriores. Las técnicas para utilizar dependen del estado general de la mezcla (sólida, líquida o gaseosa) y de las propiedades físicas de los componentes.
2.1. Técnicas de separación de mezclas
En el cuadro resumen 1 se aprecian los principios de las técnicas de separación de mezclas
TÉCNICA PRINCIPIO EN EL QUE SE BASA
TIPO DE MEZCLA QUE SE SEPARA
MONTAJE DE LABORATORIO
FILTRACIÓN Esta técnica está basada en el diferente tamaño de las partículas de las sustancias que componen la mezcla las cuales pueden atravesar o no una superficie porosa denominada filtro.
Se utiliza para separar un sólido de un líquido de una mezcla heterogénea
Este método está basado en la diferente densidad de dos líquidos inmiscibles
Se utiliza para separar dos líquidos inmiscibles
SEPARACIÓN MAGNÉTICA
Consiste en aplicar un campo magnético (un imán) para extraer de la mezcla las sustancias que son atraídas por él.
Esta técnica está basada en las propiedades magnéticas de algunas sustancias.
DESTILACIÓN Este método está basado en la diferente temperatura de ebullición de las sustancias que componen una mezcla y sirve para separar líquidos miscibles. Para realizar la destilación, se calienta la mezcla en un matraz. Los vapores formados corresponden a la sustancia con menor temperatura de ebullición, ya que se vaporiza primero.
Dos líquidos miscibles
CRISTALIZACIÓN Mediante esta técnica, basada en la diferente solubilidad que tienen los componentes de una mezcla al variar la temperatura, podemos separar un sólido disuelto en un líquido.
La mezcla de sólidos disueltos en líquido se basa en la diferente solubilidad que tienen al cambiar la temperatura. SUBLIMACIÓN La sublimación es el paso de una sustancia del estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido. Se puede considerar como una forma especial de destilación de ciertas sustancias sólidas.
Dos sólidos
Cromatografía
Diferente afinidad de los componentes de una mezcla
Mezcla COMPLEJA en cualquier estado de agregación
3. Materiales y reactivos .3.1. Equipo de porte individual por cada estudiante
- Blusa de manga larga, gafas de protección, guantes de nitrilo, gorro y mascara con filtro.
- Microfibra y toalla pequeña.
- Tijeras, bisturí, cinta de enmascarar, teflón, encendedor
- Regla, cuaderno de laboratorio, calculadora
- Marcador permanente
- Pera para pipetear
- Imán
3.2. Materiales de laboratorio
- Aro metálico
- Soporte Universal
- Embudo de vidrio
- 2 beaker 100 mL
- 1 beaker de 50 mL
- 2 vidrios de reloj
- Espátula
- Probeta de 100 mL
- Papel filtro
- Pipeta volumétrica de 5 mL
- Pipeta graduada 10 mL
- Balanza semianalítica
- Caja Petri
- Desecador
- Varilla de vidrio
- Mechero
- Placa vitrocerámica
- Cápsula de porcelana
- Pinza para cápsula
- Baño María (o beaker 250 mL)
- Estufa de secado
- Frasco lavador
Deposite la muestra en un beaker de 100 mL. Mida 20 mL de agua destilada en una probeta y vierta sobre el beaker que contiene la mezcla a separar, agite continuamente con una varilla de vidrio.
Para continuar con el proceso de filtración, siga las recomendaciones que se dieron al inicio de la práctica de laboratorio. Proceda a filtrar y recoja el filtrado directamente en una probeta de 100 mL, adicione 5 mL de agua al beaker que contenía la mezcla inicial, agite y filtre. Reportar el volumen total del filtrado. Conserve el filtrado, el embudo y papel filtro con el residuo sólido para continuar con las siguientes etapas de separación
Cuestionamientos
- ¿Qué tipo de mezcla es la inicial?
- ¿Cuál es la clasificación de las arenas de acuerdo con su composición?
- ¿Identifique el tipo de arena que se utilizó en la práctica?
- ¿Qué sustancias fueron las separadas en la filtración?
- ¿Qué propiedades de estas sustancias permite su separación y defínalas?
- ¿Qué tipo de mezcla se obtiene luego de la filtración?
3.4.3. Evaporación 1
Utilizando pinzas tome la cápsula de porcelana entregada al inicio de la práctica. Con una pipeta volumétrica mida 5 mL del filtrado obtenido anteriormente y viértalo en la cápsula, luego someta a calentamiento empleando el montaje de baño María dispuesto para la práctica. Cuando aparezca un sólido de color blanco en la cápsula de porcelana suspenda el calentamiento, empleando las pinzas para cápsula, llevarla a la estufa de secado a 90 o^ C durante 20 minutos, enfriar en un desecador y pesar.
Cuestionamientos
- ¿Cuál es la importancia del secado y tara de la cápsula de porcelana y, su correcta realización?
- ¿Cuáles son los componentes de la mezcla a separar?
- ¿Qué propiedades de estos componentes permiten su separación?
Por diferencia de peso determine la cantidad de sólido obtenido. ¿Cuál es la cantidad de solido disuelto en el volumen total del filtrado?
3.4.4. Extracción y Evaporación 2
Figura 6. 1. Montaje para la evaporación de un disolvente
Sobre el embudo que contiene el residuo sólido de la filtración, adicione lentamente 10 mL de éter dietílico asegurando su contacto con toda la muestra, recoja el filtrado en un beaker de 50 mL. Transfiera este volumen a la caja Petri y llévela a la campana de extracción.
Para facilitar la evaporación del éter la campana de extracción se adecuará para que tenga una temperatura superior a la temperatura del ambiente.
Cuestionamientos
- ¿Por qué es posible separar el ácido benzoico de la arena?
- ¿Cuál es la función cumple el éter dietílico?
- ¿Qué ventajas tiene el éter como solvente para la separación del acido benzoico de la arena?
Retire con cuidado el papel filtro 2 del embudo, colocarlo sobre un vidrio de reloj y llevar a secado en la estufa a 90 oC durante 20 minutos. Deje enfriar en el desecador y pese (solamente el papel filtro 2 con el residuo). Determine la masa de la arena recuperada.
Con base en la cantidad de sustancias separadas: limaduras de hierro, NaCl, arena y ácido benzoico determine la composición porcentual inicial de la mezcla.
¿En qué etapas del proceso de separación se puede presentar perdida de muestra?
Tabla 3. 1. Datos de masas obtenidos en los procesos de separación de mezclas Masa inicial de la mezcla
Masas (g): Diferencia de masa (g) Separación de hierro
Papel filtro 1 : Papel filtro 1 + hierro:
Separación arena Papel filtro^2 :^ Papel filtro^2 + arena:
Separación NaCl
Volumen filtrado: Cápsula vacía:
Volumen evaporado: Cápsula + NaCl:
Separación ácido benzoico
Caja Petri: Caja Petri+ acido benzoico:
3.5 DESTILACIÓN SIMPLE – PRÁCTICA DEMOSTRATIVA
Tome nota de todos los procesos llevados a cabo por el docente. Realice el montaje de destilación y las observaciones pertinentes en cada paso
Cuestionamientos
¿Qué es una mezcla azeotropa?
¿por qué el alcohol utilizado como antiséptico es impotable, de qué se compone?
Indague sobre los otros métodos de destilación utilizados en la industria y sobre los principios que la rigen, establezca comparaciones con respecto a la hecha en el laboratorio.
3.5. Bibliografía
- BROWN, T., LEMAY, H., BURSTEN, B., BURDGE, J. Química La Ciencia Central. 9ª. Edición. Pearson Educación, México. 2004.
- CHANG, R. Química. Mc. Graw Hill. 9th edición. China. 2007.
- FARIAS, D; PALOMEQUE, L. Evaporación de una solución salina. Guías de Laboratorio para Química Básica. Departamento de Química. Universidad Nacional de Colombia, Bogotá. 2014.
- GARCIA, M. Manual de Prácticas de Química Orgánica I. Universidad Autónoma Metropolitana, Unidad Iztapalapa, México 2002.
- PELLER, J, R. Exploring Chemistry Laboratory – Experiments in general, Organic and Biological Chemistry. Prentice Hall, USA. 1997.
- TRUJILLO, C., A., SÁNCHEZ R., J. E. Técnicas y medidas básicas en el laboratorio de química. Universidad Nacional de Colombia. Unibiblos, Bogotá, Colombia. 2007.
- VILLA, M. Manual de Prácticas de Química General. Universidad de Medellín, Medellín, 2005.
Anexos
SEPARACIÓN DE MEZCLA I: FILTRACIÓN Y EVAPORACIÓN
Docente:
Laboratorista:
Grupo No: Fecha:
Datos de masas obtenidos en los procesos de separación de mezclas Masa inicial de la mezcla
Masas (g): Diferencia de masa (g) Separación de hierro
Papel filtro 1 : Papel filtro 1 + hierro:
Separación arena Papel filtro^2 :^ Papel filtro^2 + arena:
Separación NaCl
Volumen filtrado: Cápsula vacía:
Volumen evaporado: Cápsula + NaCl:
Separación ácido benzoico
Caja Petri: Caja Petri+ acido benzoico:
